JP4297379B2 - Noxセンサの故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents
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Description
例えば、図10に示すフローを実施すべく、NOX吸蔵触媒の適切な再生を行うべく、NOXセンサの異常を判定するためのNOXセンサの異常判定装置であって、NOX吸蔵触媒の排気下流側にNOXセンサを設け、NOX吸蔵触媒中のNOXを放出した状態を強制的に生じさせるNOX放出手段と、NOX放出手段によりNOXが放出された状態でNOX吸蔵触媒の実際のNOX低減率を演算する実NOX低減率設定手段と、エンジン運転状態に基づき、基準のNOX低減率を予め設定する基準NOX低減率設定手段と、実際のNOX低減率と基準のNOX低減率とを比較し、NOXセンサの異常を判定する異常判定手段とを備えたNOXセンサの異常判定装置が開示されている(特許文献1参照)。
例えば、図11に示すフローを実施すべく、空燃比フィードバック制御中に予備診断を実行し、その結果に応じて強制変動を伴う劣化診断を行うようにした空燃比センサの劣化診断装置が提案されている。より具体的には、混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、空燃比センサの検出信号に基づき混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、空燃比センサの検出信号に基づき空燃比センサの検出能力を判定する検出能力判定手段と、所定条件下で空燃比制御手段に優先して混合気の空燃比を強制変動させる強制変動手段と、強制変動手段により強制変動を行ったときの空燃比センサの検出信号に基づき、空燃比センサの劣化を判定する劣化判定手段とを備えた劣化診断装置が開示されている(特許文献2参照)。
すなわち、本発明の目的は、内燃機関の運転中に意図的に診断モードを作ることなく、ドライバビリティ性や燃費の悪化を伴わずに、適時に故障診断を行うことができるNOXセンサの故障診断装置及びNOXセンサの故障診断方法を提供することである。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
1.NOXセンサの故障診断装置
(1)排気浄化システムの全体構成
まず、本発明の第1の実施の形態にかかるNOXセンサの故障診断装置を備えた排気浄化システム(以下、単に「システム」と称する場合がある。)の構成例について図1を参照しつつ説明する。
図1に示す排気浄化システム10は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともにNOX触媒13を通過させてNOXを選択的に還元する排気浄化システム10である。この排気浄化システム10は、内燃機関に接続された排気通路11の途中に配設され、排気ガス中に含まれるNOXを選択的に還元するためのNOX触媒13と、NOX触媒13の上流側で排気通路11中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁31を含む還元剤供給装置20とが備えられている。また、排気通路11のNOX触媒13の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ15、16が配置されるとともに、NOX触媒13の下流側には下流側NOX濃度検出手段としてのNOXセンサ17が配置されている。このうち、NOX触媒13や温度センサ15、16、NOXセンサ17の構成は特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。
ただし、少なくともNOXセンサ17はセンサ自身の故障診断機能を備えており、異常状態が検知されると後述するCAN(Controller Area Network)65に対してエラー情報が出力されるようになっている。
なお、本実施形態では、ECU70とDCU60とが別のコントロールユニットからなり、CAN65を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのECU70とDCU60とを一つのコントロールユニットとして構成しても構わない。
なお、貯蔵される還元剤としては、主として尿素水溶液や未燃燃料(HC)が挙げられるが、本実施形態の排気浄化システムの例は、尿素水溶液を用いた場合の構成例である。
ポンプ41は、例えば電動ポンプからなり、DCU60から送られてくる信号によって駆動されるようになっている。また、圧力センサ43や温度センサ45についても公知のものを適宜使用することができ、これらのセンサによって検出された値についても信号として出力され、CAN65上に書き込まれるようになっている。さらに、圧力制御弁49としては、例えば、公知のチェック弁等を用いることができる。
還元剤噴射弁31は、例えば、duty制御により開弁のON−OFFを制御するON−OFF弁からなるものである。また、貯留室33ではポンプモジュール40から圧送されてきた還元剤が所定の圧力で蓄えられるようになっており、DCU60から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁31が開かれたときに還元剤が排気通路11中に噴射されるようになっている。また、貯留室33の下流側の経路にオリフィス35が配設されていることにより、オリフィス35よりも上流側の貯留室33、第2の供給経路58の内圧が低下しにくくなっており、ポンプモジュール40の出力を低く抑えることができるようにされている。図示しないものの、このオリフィス35を設ける代わりに、循環経路59の途中に還元剤の循環制御を行う弁を備えることもできる。
すなわち、本発明の実施の形態におけるDCU60は、CAN情報取出生成部(図2では「CAN情報取出生成」と表記)と、NOXセンサ17の故障診断部(図1では「故障診断」と表記)と、ポンプ駆動制御部(図1では「ポンプ駆動制御」と表記)と、還元剤噴射弁動作制御部(図1では「Udv動作制御」と表記)等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ(図示せず)によるプラグラムの実行によって実現されるものである。
また、ポンプ駆動制御部は、CAN情報取出生成部から出力される、第2の供給経路58内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ41をフィードバック制御し、第2の供給経路58及び貯留室33内の還元剤の圧力がほぼ一定の状態に維持されるようになっている。例えば、ポンプ41が電動ポンプである場合には、出力される圧力値が目標値よりも低い場合には、圧力を上昇させるべく、電動ポンプのデューティ比が大きくなるように制御され、逆に、出力される圧力値が目標値を超える場合には、圧力を低下させるべく、電動ポンプのデューティ比が小さくなるように制御される。
内燃機関の運転時において、貯蔵タンク50内の還元剤は、ポンプ41によって汲み上げられ、噴射モジュール30側に圧送される。このとき、ポンプモジュール40に備えられたポンプ41の下流側の圧力センサ45による検出値をフィードバックし、検出値が所定値未満の場合にはポンプ41の出力を高める一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁49によって減圧される。これによって、噴射モジュール30側に圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持されるように制御される。
ここで、本発明の実施の形態のDCU60では、NOXセンサ17の故障診断部が備えられている。NOXセンサ17の故障診断部は、強制的に診断モードを作ることなく、通常の運転モードにおいて、NOXセンサ17が正確に応答しているか否かを診断するように構成されたものである。
また、排出NOX濃度演算手段は、排ガス質量流量算出手段と同様に、CAN情報取出生成部から出力される、内燃機関の運転状態に関する情報を読み込み、演算することによって、内燃機関から排出されるNOX濃度を算出するようになっている。
排ガス質量流量の算出や内燃機関から排出されるNOX濃度の算出に用いられる、CAN上に存在する内燃機関の運転状態に関する情報としては、燃料噴射量、回転数、排気循環装置(以下、「EGR:Exhaust Gas Recirculation」と称する。)のステータス、排気循環量、空気吸入量、冷却水温度等が挙げられる。これらの情報をもとに、排ガス質量流量や排出NOX濃度を算出することは公知の方法によって行うことができる。
RAMは、排出NOX流量演算手段から出力される単位時間当たりの排出NOX流量やCAN情報取出生成部から出力されるNOXセンサの検出NOX濃度を記憶するようになっており、後述の故障判定手段に対してこれらの情報を出力し、故障判定に用いられるようにされている。
このほか、本実施形態の故障診断部には、故障診断を行う際に計時を行うタイマカウンタが備えられている。
次に、本実施形態の故障診断装置において、所定の基準パターン及び追従パターンを用いて排出NOX流量の過渡的な変化に追従して検出NOX濃度が変化するかを確認し、NOXセンサの応答性を判定する点について、図3に例示されるタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
このとき、タイマ1と同時に別途タイマを作動させて待機状態の最大時間を定め、所定時間経過するまでに排出NOX流量Nfuが基準値MINを超えない場合に診断を終了させるようにすることもできる。このようにすれば、診断プログラムが動作しない不安定な状態が長時間継続することを避けることができる。
次に、NOXセンサの故障診断方法の具体的なルーチンの一例を図4〜図6のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。
ただし、タイマ2及びタイマ5の経過時間の設定は、NOX触媒下流側のNOXセンサの追従性に応じて適宜設定することができ、NOX触媒の容量が相対的に小さいSCRシステムにおけるNOXセンサの故障診断方法については第2の実施の形態で説明する。
本実施形態のNOXセンサの故障診断方法は、上述のとおり、NOX触媒の容量が相対的に小さいSCRシステムにおけるNOXセンサの故障診断方法である。すなわち、排気NOX流量が増加してからNOX触媒下流側に配置されたNOXセンサによって検出される検出NOX流量が追従するまでの時間が短く、タイマ2の経過時間がタイマ5の経過時間よりも長く設定された実施形態である。
以下、図7〜図9のフローチャートに沿って、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
ステップS162ではタイマ2が終了しているか否かが判別される。タイマ2が終了していない場合にはステップS163で排出NOX流量Nfuが基準パターンの傾斜領域の値SLOPE以上となっているか否かが判別される。排出NOX流量NfuがSLOPE未満である場合には、ステップS164に進みタイマ2、5、6をリセットした後、スタート位置に戻される。
また、故障診断方法のフローについても、種々の変更が可能である。
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路中に備えられ、前記排気通路中を通過する排気ガス中のNOX濃度を検出するためのNOXセンサの故障診断装置において、
単位時間当たりに前記内燃機関から排出される排出NOX流量を演算し記憶するための排出NOX流量演算記憶手段と、
前記NOXセンサによって検出される検出NOX濃度を記憶するための検出NOX濃度記憶手段と、
前記排出NOX流量の経時変化の基準であって、所定の第1の基準値が一定時間継続する定常領域と所定の増加率で増加する傾斜領域とを含む基準パターン、及び前記NOXセンサによって検出される検出NOX濃度の経時変化の基準であって、所定の増加率で増加する追従傾斜領域を含む追従パターンが規定され、前記内燃機関が通常運転モードにある場合に前記排出NOX流量が前記基準パターンの前記傾斜領域の値を下回らないように推移したときに、前記検出NOX濃度が前記追従パターンの前記追従傾斜領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することにより、前記NOXセンサの応答性を判定する故障判定手段と、
を備えることを特徴とするNOXセンサの故障診断装置。 - 前記故障判定手段は、前記排出NOX流量が前記所定の基準値を上回らないように前記一定時間以上推移した後、前記所定の基準値の値に到達したときに判定モードに移行することを特徴とする請求項1に記載のNOXセンサの故障診断装置。
- 前記故障判定手段は、前記判定モード移行時の前記検出NOX濃度の値を、前記追従パターンの前記追従傾斜領域の初期値とすることを特徴とする請求項2に記載のNOXセンサの故障診断装置。
- 前記故障判定手段は、前記排出NOX流量が前記所定の基準値を超えた後、前記基準パターンの前記傾斜領域の値を下回ったときに、前記判定モードを中止することを特徴とする請求項2又は3に記載のNOXセンサの故障診断装置。
- 前記基準パターンは、前記定常領域と前記傾斜領域との間に、前記傾斜領域の開始位置を所定時間遅らせる遅延領域を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のNOXセンサの故障診断装置。
- 前記基準パターンは、前記傾斜領域の後に前記第1の基準値よりも大きい第2の基準値が一定時間継続する後段定常領域を含み、
前記追従パターンは、前記追従傾斜領域の後に第3の基準値が一定時間継続する後段追従定常領域を含み、
前記故障判定手段は、前記排出NOX流量が前記規準パターンの前記傾斜領域の値及び前記後段定常領域の値を下回らないように推移したときに、前記検出NOX濃度が前記追従パターンの前記追従傾斜領域の値及び前記後段追従定常領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のNOXセンサの故障診断装置。 - 前記故障判定手段は、さらに、前記検出NOX濃度が、前記排出NOX流量が前記第1の基準値を超えたときの値に対して所定値以上の増加しない状態で所定時間経過したか否かを判別することにより、NOXセンサの固着状態を判定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のNOXセンサの故障診断装置。
- 内燃機関の排気通路中に備えられ、前記排気通路中を通過する排気ガス中のNOX濃度を検出するためのNOXセンサの故障診断方法において、
前記内燃機関から排出される排出NOX流量の経時変化の基準であって、所定の第1の基準値が一定時間継続する定常領域と所定の増加率で増加する傾斜領域とを含む基準パターンと、前記NOXセンサによって検出される検出NOX濃度の経時変化の基準であって、所定の増加率で増加する追従傾斜領域を含む追従パターンと、をあらかじめ設定し、
前記排出NOX流量が前記基準パターンの前記傾斜領域の値を下回らないように推移したときに、前記検出NOX濃度が前記追従パターンの前記追従傾斜領域の値を下回らないように推移したか否かを判別することにより、前記NOXセンサの応答性を判定することを特徴とするNOXセンサの故障診断方法。
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